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蝴蝶兰目前是栽培最广泛和最受欢迎的一类兰花,花期调控是其生产中的关键技术之一。本文从蝴蝶兰中克隆了两个开花调控基因,即光周期调控途径中的关键基因CONSTANS-Iike(COL)和花分生组织决定基因LFY/FLO,并系统研究了这两个基因的表达特性及功能。主要研究结果如下:
1.采用RT-PCR和RACE相结合的方法,从蝴蝶兰中克隆到光周期调控途径中的关键基因COL和花分生组织决定基因LFY/FLO,分别命名为PhaICOL和PhaILFYoPhaICOL全长cDNA序列为1202bp,ORF为987bp,编码329个氨基酸。DNA序列包含两个exons和一个简单的intron,intron长为106bp。PhaILFY全长cDNA序列为1655bp,ORF为1422bp,编码474个氨基酸。
2.PhalCOL的氨基酸结构域分析显示它有COL家族的结构特征,即包含两个B-box锌指结构域和一个CCT结构域:氨基酸序列的同源性分析显示PhaICOL和大麦中的COL同源性为49%,和水稻中的Hdl同源性为45%,和拟南芥中AtCOL4的同源性为46%,AtCOL3的同源性为45%以及AtCO的同源性为36%。其B-box结构域和CCT域的保守性更强,PhalCOL的B-box和CCT域与水稻的Hdl同源性分别达70%和100%;与大麦的COL的分别达77%和91%。进化树结果显示PhaICOL与拟南芥的COL3,COL4,COL5和萝卜的COL1处于一个进化枝上,大麦的COL与PhalCOL遗传距离最近。PhalLFY的氨基酸结构非常保守,在N-和C-末端都有两个保守的结构域,它包含亮氨酸重复区域,酸性区域,碱性区域;氨基酸序列的同源性分析显示PhalLFY分别与倒距兰LFY的同源性为68%、与红门兰LFY的为67%、与风信子LFY-like的为61%,与水稻RFL为的60%、与百合LFY1的为59%、与金鱼草FLO的为59%、与拟南芥LFY的为54%。进化树显示所有的LFY/FLO同源基因被分成双子叶和单子叶两个分支,PhalLFY属于单子叶分支。
3.Semi-quantitativeRT-PCR分析结果显示PhalCOL和PhalLFY在未成年苗和成年苗的根、茎、叶及花梗中都有表达;PhalLFY在未成年苗的各个器官中的表达都非常弱;在不同的发育阶段,PhalCOL在叶片中的表达都很强,PhalLFY在根中的表达都很弱,它们在茎部的表达都随花梗的发育而发生明显的变化。
4.Situ-hybridization分析显示PhalCOL和PhalLFY首先都在花序分生组织中高度表达,随后在花分生组织和花原基中表达,最后在萼片原基、花瓣原基和唇瓣原基部位强烈表达。PhalCOL和PhalLFY在花蕾的各个器官中(萼片、花瓣、唇瓣、柱头、花粉粒、药帽、蕊喙)都有表达,它们在花粉粒中的表达都强于其它部位;PhalCOL在药帽和蕊喙中也有很强的表达,而PhalLFY在花瓣和柱头中有很强的表达。
5.将PhalCOL和PhalLFY基因和绿色荧光蛋白(GFP)基因融合后在洋葱表皮细胞内瞬时表达,研究表明PhalCOL和PhalLFY都定位于细胞核。
6.利用载体pBl121,构建了35S::PhalCOL和35S::PhalLFY的超表达载体,通过叶盘法转化到烟草中。表型观察发现T1代的转PhalCOL基因烟草早期营养生长要快于野生型,10个转化株系的开花时间平均比野生型早21天,说明PhalCOL对烟草的开花有促进作用:To代的转PhalLFY基因烟草与野生型相比,开花时间平均比野生型早9天,且腋芽更易分化成花枝,还使叶形发生改变。